岳莉然,劉銘宇,陳勝艷,劉曙光,陳 斌,薄 杉,徐守斌,周蘊(yùn)薇
(1.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040;2.黑龍江省林業(yè)科學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150081;3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130118)
菊花(Chrysanthemum morifolium)是世界四大切花之一,具有極高的觀賞與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。據(jù)中國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì),2021 年我國(guó)菊花出口額約2.5 億元[1?2],菊花的市場(chǎng)需求量呈逐年上升趨勢(shì),進(jìn)而對(duì)于其栽培基質(zhì)的需求也日益增加。盆栽菊花生產(chǎn)過(guò)程中主要依賴泥炭作為栽培基質(zhì),但泥炭短期內(nèi)不可再生,多年來(lái)的開采導(dǎo)致其資源迅速減少,價(jià)格也急劇上漲,同時(shí)引發(fā)了濕地生態(tài)系統(tǒng)失衡、溫室效應(yīng)加劇等環(huán)境問(wèn)題[3?6]。因此,尋找一種來(lái)源廣泛、環(huán)保、利于規(guī)?;a(chǎn)的栽培基質(zhì)替代泥炭成為促進(jìn)盆栽菊花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年產(chǎn)生近20億t農(nóng)林廢棄物,其種類多、產(chǎn)量大,具有巨大的資源開發(fā)潛力[7]。然而由于缺乏大規(guī)模高值利用技術(shù),大量富含有機(jī)質(zhì)的農(nóng)林廢棄物被隨意填埋、焚燒,不僅浪費(fèi)了資源,還嚴(yán)重污染了環(huán)境[8?10]。因此,其資源化、無(wú)害化的合理處置引起了人們的關(guān)注,針對(duì)農(nóng)林廢棄物資源化利用的研究和應(yīng)用不斷增多。學(xué)者們利用腐葉土、椰糠、稻殼、玉米秸稈、牛糞等農(nóng)林廢棄物代替泥炭在二苞黃精、三七、草莓、西瓜、刺槐等植物的栽培研究中取得了良好的效果[11?15]。其中,腐葉和椰糠作為新型的輕便基質(zhì),降低了運(yùn)輸成本,收獲了更多的經(jīng)濟(jì)效益,具有替代泥炭作為栽培基質(zhì)的應(yīng)用潛力。因此,以腐葉和椰糠為材料,代替泥炭,添加珍珠巖制備成復(fù)合基質(zhì),旨在篩選出適宜菊花生產(chǎn)、質(zhì)輕價(jià)廉的基質(zhì)配方,同時(shí)也為農(nóng)林廢棄物的資源化利用提供理論依據(jù)。
以菊花品種糖果粉(Chrysanthemum×grandiflorum‘Tangguofen’)為植物材料?;|(zhì)材料為泥炭、珍珠巖、腐葉和椰糠,其中泥炭、珍珠巖和椰糠購(gòu)自哈爾濱花卉市場(chǎng),腐葉為闊葉林下落葉,經(jīng)腐熟并粉碎后過(guò)篩備用。
試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理,用泥炭、珍珠巖、腐葉與椰糠按不同體積比配制成復(fù)合基質(zhì)(表1),以常規(guī)基質(zhì)[V(泥炭)∶V(珍珠巖)=4∶1]為對(duì)照(CK)?;|(zhì)容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水比等測(cè)定參照郝丹等[16]的方法;pH 值和EC 值測(cè)定采用馬海龍等[17]的方法;堿解氮、有效磷和速效鉀含量參考鮑士旦[18]的方法測(cè)定。
表1 各基質(zhì)配比Tab.1 Different substrate ratios
將混合后的基質(zhì)裝入花盆,選擇長(zhǎng)勢(shì)一致且生長(zhǎng)良好的菊花幼苗分別定植在各處理基質(zhì)中,每個(gè)處理4盆,3個(gè)重復(fù)。菊花幼苗定植3個(gè)月后測(cè)定成活率,每10 d 測(cè)定一次株高、莖粗、冠幅[19?21]。菊花進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段后,增測(cè)盛花歷時(shí)、盛花期、著花量、花直徑[22?24]。試驗(yàn)結(jié)束后,測(cè)定鮮質(zhì)量、干質(zhì)量[25];采用如下公式計(jì)算根冠比、壯苗指數(shù)和干物質(zhì)積累速率(G 值):根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量,壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量)×全株干質(zhì)量,G 值=全株干質(zhì)量/育苗天數(shù)[21]。
生長(zhǎng)旺盛期取樣[26]測(cè)定生理指標(biāo):葉綠素含量采用乙醇浸提法測(cè)定[27],可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 比色法測(cè)定[27],可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[28]。
用Excel 2012 整理并計(jì)算數(shù)據(jù),用SPSS 26.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。采用菊花綜合評(píng)價(jià)體系[16]評(píng)估各處理基質(zhì)下菊花的生長(zhǎng)狀況,進(jìn)而比較各配方基質(zhì)的優(yōu)劣,依下式求得各指標(biāo)隸屬函數(shù)值,進(jìn)而求得植株形態(tài)綜合評(píng)價(jià)系數(shù),綜合評(píng)價(jià)系數(shù)越高,則植株長(zhǎng)勢(shì)越好。
其中,X為某一基質(zhì)條件下某一指標(biāo)測(cè)定值,Xmax、Xmin分別為該指標(biāo)測(cè)定的最大值與最小值。與生長(zhǎng)表現(xiàn)正相關(guān)的指標(biāo)采用(1)式計(jì)算隸屬函數(shù)值,反之用(2)式。
2.1.1 物理性質(zhì) 由表2 可知,4 種原材料容重差異顯著,腐葉、椰糠的容重比泥炭降低64.9%、59.5%。由表3可知,腐葉和椰糠代替泥炭顯著降低了基質(zhì)的容重(P<0.05)。各處理容重在0.13~0.34 g/cm3,以T5 處理最低,為0.13 g/cm3,比CK 降低61.8%,T4 處理次之,比CK 降低50.0%;各處理總孔隙度在64.33%~68.67%,均高于CK;除T6 處理外,通氣孔隙度均高于CK,持水孔隙度均低于CK,且T5處理與CK相差最大,2項(xiàng)指標(biāo)分別為CK的3.1倍和68.5%;T6 處理氣水比較CK 降低25.0%,其余各處理組氣水比均高于CK,其中T3、T4、T5 處理氣水比與CK 均差異顯著,氣水比最高的為T5 處理,為CK 的4.3 倍,其次為T4 處理,為CK 的2.4 倍,T3 處理氣水比為CK的1.85倍。
表2 不同基質(zhì)原材料的物理性質(zhì)Tab.2 Physical properties of different substrate raw materials
表3 不同配方基質(zhì)的物理性質(zhì)Tab.3 Physical properties of different formulated substrates
2.1.2 化學(xué)性質(zhì) 由表4可知,除珍珠巖外,其余基質(zhì)pH 值均低于7;椰糠的EC 值在原材料中最高,為2.48 mS/cm,其余基質(zhì)EC值低于1;腐葉與椰糠的堿解氮含量顯著低于泥炭,但有效磷與速效鉀含量顯著高于泥炭。由表5 可知,隨著腐葉和椰糠代替泥炭的比例增加,基質(zhì)的pH 值和EC 值都呈上升趨勢(shì),且與CK 差異顯著。各組基質(zhì)的pH 值在5.39~6.92,均呈酸性,其中T6 處理pH 值最大?;|(zhì)的電導(dǎo)率可以反映可溶性鹽的含量,過(guò)高或過(guò)低的EC值都會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng),T1—T6 處理組的EC值均高于CK,且差異顯著,其中以T6 處理最高,為CK 的12.3 倍,其后依次為T4、T3、T2、T1、T5 處理,分別為CK 的8.4 倍、5.0 倍、3.3 倍、2.0 倍、1.4 倍。氮、磷、鉀是植物生長(zhǎng)十分重要的營(yíng)養(yǎng)元素,本試驗(yàn)中腐葉與椰糠代替泥炭后,顯著降低堿解氮含量,增加有效磷與速效鉀含量,與CK 差異最大的T6 處理中,堿解氮含量降低56.4%,有效磷與速效鉀含量分別為CK的6.0倍、51.9倍。
表4 不同基質(zhì)原材料的化學(xué)性質(zhì)Tab.4 Chemical properties of different substrate raw materials
表5 不同配方基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)Tab.5 Chemical properties of different formulated substrates
由表6 可知,糖果粉在各基質(zhì)中的成活情況及生長(zhǎng)狀態(tài)有很大差異,僅有CK、T1、T2 處理成活率為100.00%,T5處理成活率為91.67%,T3、T4處理成活率均為83.33%,與CK 差異均不顯著,T6 處理最低,僅為41.67%,與CK差異顯著。
表6 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花成活率的影響Tab.6 Effects of different formulated substrates on the survival rate of potted chrysanthemum%
2.3.1 株高 由圖1 可知,糖果粉在不同處理基質(zhì)下的株高變化各不相同,定植90 d 時(shí)各處理株高在9.4~20.8 cm,定植180 d 時(shí),各處理株高在13.3~32.8 cm。定植90 d 時(shí),各處理以T3、T5 處理較高,T4、T6 處理最低;定植100 d 時(shí),CK 為19.8 cm,株高最高的為T5 處理,為22.8 cm,比CK 升高15.2%;最低的為T6處理,為9.9 cm,比CK降低50.0%,差異顯著;隨著時(shí)間的推移,CK 與T1處理株高增長(zhǎng)十分明顯,其他處理變化不明顯;定植120 d 時(shí),T1—T6 處理株高均低于CK;定植180 d 時(shí),株高較高的T1 與T5 處理比CK 降低16.2%和19.5%,最低的T6 處理比CK降低59.5%。
圖1 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花株高的影響Fig.1 Effects of different formulated substrates on plant height of potted chrysanthemum
2.3.2 莖粗 由圖2 可知,隨時(shí)間推移,CK 莖粗明顯升高。定植90 d 時(shí),T3、T5、T1 處理莖粗分別為3.26、3.33、3.29 mm,比CK 升高2.2%、4.4%、3.1%;T2、T4、T6 處理分別為3.04、2.64、2.06 mm,比CK 降低4.7%、17.2%、35.4%。定植180 d 時(shí),CK 莖粗最高,為4.96 mm,與其他處理組差異顯著,其次為T1、T3、T5、T2 處理,莖粗分別為4.11、4.09、4.06、4.03 mm,最低的為T6處理,僅有2.51 mm,與其他處理組差異顯著,比CK降低49.4%。
2.3.3 冠幅 由圖3可知,糖果粉定植90 d時(shí),冠幅從高至低依次為T5、T1、CK、T3、T2、T4、T6 處理,分別為13.5、13.0、13.0、12.5、11.1、9.7、4.2 cm,T5 處理比CK 升高3.8%,T6 處理比CK 降低67.7%;定植120 d 后,T1—T6 處理組均低于CK;定植150 d 后,從CK 至T4處理逐漸呈下降趨勢(shì),但T5處理總體保持較大的冠幅;定植180 d 時(shí),CK 最高,為17.0 cm,冠幅最低的是T6處理,比CK降低76.5%。
圖3 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花冠幅的影響Fig.3 Effects of different formulated substrates on crown width of potted chrysanthemum
2.3.4 葉面積及開花 由表7 可知,CK 葉面積最大;T6 處理葉面積最小,比CK 降低74.0%,且均與其他處理組差異顯著,說(shuō)明T6處理下盆栽菊花的長(zhǎng)勢(shì)極弱。參考陸思宇等[22]的方法,記錄糖果粉從上盆至盛花所經(jīng)歷的時(shí)間,為盛花歷時(shí)。糖果粉在T4處理中進(jìn)入盛花期最早,為129.67 d,比CK 提前23.33 d,差異顯著。此外,T2、T5、T3、T1處理糖果粉的盛花期分別比CK 提前19.00、18.00、15.33、6.33 d,T6處理糖果粉進(jìn)入盛花期則比CK晚3.00 d,差異不顯著。T1 處理糖果粉盛花期最長(zhǎng),為41.67 d,比CK 長(zhǎng)21.67 d,其次為T2 處理,為37.33 d,比CK 長(zhǎng)17.33 d,T6 處理則比CK 短11.00 d。T1、T2、T5 處理著花量高于CK,分別升高17.0%、16.1%、13.7%。CK 花徑最大,T2 和T5 處理次之,但與CK 差異不顯著,T6 處理花徑最小,僅為2.4 cm,比CK降低27.3%。
表7 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花葉面積及開花的影響Tab.7 Effects of different formulated substrates on leaf area and flowering of potted chrysanthemum
由表8 可知,T1、T5 處理盆栽菊花的地上部、地下部鮮質(zhì)量均與CK 差異不顯著;全株干質(zhì)量CK 最高,其次為T1、T5 處理,與CK 差異均不顯著;T6 處理根冠比最高,為CK 的2.27 倍,T1 與T2 處理根冠比分別比CK 升高37.3%、9.0%;T1 處理壯苗指數(shù)最高,比CK 升高21.7%;G 值為干物質(zhì)積累速率,CK積累速率最高,其后依次為T1、T5、T2、T3、T4 處理,最低的為T6處理,比CK降低95.9%。
表8 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花鮮干質(zhì)量、根冠比、壯苗指數(shù)和G值的影響Tab.8 Effects of different formulated substrates on dry and fresh mass,root-shoot ratio,healthy index and G-value of potted chrysanthemum
由表9 可知,T1—T6 處理葉綠素a+b 含量均與CK 差異顯著,從高至低依次為CK、T1、T5、T4、T2、T3、T6 處理,含量最低的T6 處理比CK 降低62.4%。T1—T6 處理組類胡蘿卜素含量均低于CK,其中,最高的T5處理與CK差異不顯著,其他處理均與CK差異顯著,T6 處理最低,比CK 降低61.1%。T1—T6 處理組的可溶性蛋白含量均低于CK,T6 處理最低,比CK 降低55.3%。T1—T6 處理組可溶性糖含量均低于CK,且差異顯著,T6處理最低,比CK降低31.9%。
表9 不同配方基質(zhì)對(duì)盆栽菊花生理指標(biāo)的影響Tab.9 Effects of different formulated substrates on physiological index of potted chrysanthemum
用隸屬函數(shù)法對(duì)各栽培基質(zhì)下糖果粉的生長(zhǎng)效果進(jìn)行評(píng)價(jià),綜合評(píng)價(jià)系數(shù)越高,說(shuō)明菊花長(zhǎng)勢(shì)越好。由表10可知,各基質(zhì)綜合評(píng)價(jià)系數(shù)從高至低依次為T1、CK、T5、T2、T3、T4、T6 處理。CK 基質(zhì)中株高、莖粗、冠幅、花徑、總干質(zhì)量隸屬函數(shù)值均為1.000,但盛花歷時(shí)與盛花期系數(shù)值很低;T1 處理盛花期、著花量與壯苗指數(shù)隸屬函數(shù)值均為1.000,除盛花歷時(shí)外其余指標(biāo)均超過(guò)0.500,綜合評(píng)價(jià)系數(shù)最高;T5 處理指標(biāo)系數(shù)雖沒(méi)有為1.000,但各系數(shù)值均高于0.600。綜上,CK、T1、T2、T5 處理均能獲得較好的栽培效果;排名最低的為T6 處理,各項(xiàng)指標(biāo)系數(shù)均為0,說(shuō)明其生長(zhǎng)勢(shì)極差,不適宜作為糖果粉的栽培基質(zhì)。
表10 不同基質(zhì)盆栽菊花生長(zhǎng)效果的綜合評(píng)價(jià)Tab.10 Comprehensive evaluation of growth effects of potted chrysanthemum under different substrates
作為影響植物生長(zhǎng)的重要因素之一,栽培基質(zhì)的性質(zhì)直接影響植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。容重可以反映基質(zhì)的緊實(shí)度,總孔隙度、通氣孔隙度及持水孔隙度則可以反映基質(zhì)中空氣與水的貯存情況[29?30]。一般認(rèn)為,基質(zhì)容重在0.1~0.8 g/cm3、總孔隙度在54%~96%、氣水比在1∶(2~4)的基質(zhì)較為理想[29]。本研究中,各組基質(zhì)容重與總孔隙度均在理想范圍之內(nèi),氣水比除CK和T6處理外均在理想范圍之內(nèi),因此本研究的各組基質(zhì)能較好地固定植物及提供水氣條件。本研究所使用的基質(zhì)原材料中珍珠巖、腐葉與椰糠容重均很低,復(fù)配后混合基質(zhì)的容重顯著低于CK。馮冰等[30]用麥稈、玉米桿、椰糠、菇渣和豆莢5 種園林廢棄物作為基質(zhì)原料,探究廢棄物代替泥炭作為東方百合西伯利亞栽培基質(zhì)的效果,含廢棄物的混合基質(zhì)容重、總孔隙度、氣水比基本處于理想范圍。郝丹等[16]利用園林廢棄物堆肥和牛糞代替泥炭進(jìn)行其作為金盞菊栽培基質(zhì)的研究,含泥炭在內(nèi),各混合基質(zhì)容重及總孔隙度指標(biāo)數(shù)據(jù)均理想。常曉曉等[31]以菇渣和玉米秸稈代替泥炭分析其作為黃瓜育苗基質(zhì)的應(yīng)用效果,混合基質(zhì)容重等各項(xiàng)物理指標(biāo)同樣基本理想。本研究中各配方基質(zhì)物理性質(zhì)與前人研究結(jié)果一致。在國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的花木栽培基質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T 2700—2016)中規(guī)定基質(zhì)的pH 值應(yīng)在5.0~8.5[32]。菊花喜微酸性至中性條件的基質(zhì),本研究中除珍珠巖堿性稍強(qiáng)外,其余基質(zhì)材料pH 值均適宜,珍珠巖用量極少,因此對(duì)混合基質(zhì)的pH 值影響較小。隨著泥炭的減少,腐葉與椰糠含量的增多,pH值逐漸升高。關(guān)于合理的EC 值,目前看法不一,程斐等[33]提到作物生長(zhǎng)的安全值為不高于2.6 mS/cm,而周新偉等[34]提到基質(zhì)的EC值應(yīng)低于1.25 mS/cm。本研究中泥炭、珍珠巖與腐葉的EC 值均較小,在0.03~0.21 mS/cm,但椰糠EC值極高,復(fù)配后椰糠占比較多的T4與T6處理EC值顯著升高,分別達(dá)到1.42、2.09 mS/cm,在T4 及T6處理基質(zhì)中盆栽菊花長(zhǎng)勢(shì)較差,這與周新偉等[34]EC值應(yīng)低于1.25 mS/cm 的結(jié)論一致。氮、磷、鉀為植物生長(zhǎng)所必需的元素,本研究測(cè)定了各基質(zhì)原料與混合基質(zhì)的堿解氮、有效磷與速效鉀含量,其中珍珠巖各指標(biāo)均極低,表明其缺乏營(yíng)養(yǎng),與王飛等[35]及王闖等[36]的測(cè)定結(jié)果相似。泥炭中堿解氮含量最高,腐葉和椰糠中的有效磷與速效鉀含量很高,按一定比例復(fù)配為混合基質(zhì)后,能為盆栽菊花提供養(yǎng)分供其生長(zhǎng)。
植物生育過(guò)程中,氮、磷、鉀等重要的營(yíng)養(yǎng)元素起著重要的作用,影響植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及開花狀態(tài)[37?39]。有研究表明,過(guò)量氮元素會(huì)影響花芽分化,適當(dāng)增加磷、鉀元素則能促進(jìn)開花[40]。本試驗(yàn)中除T6處理外,其他處理組植株進(jìn)入盛花期的時(shí)間不僅比CK 早,還延長(zhǎng)了盛花期,尤其是T4 處理,提早了23.33 d,其原因可能是栽培基質(zhì)中加入的腐葉和椰糠提供了足量的有效磷和速效鉀,促進(jìn)了開花。但鉀元素過(guò)量會(huì)對(duì)植物造成不良影響[41]。張婧等[42]用椰糠、草炭、蛭石與珍珠巖4 種材料栽培番茄,發(fā)現(xiàn)在含有泥炭的混合基質(zhì)中加入椰糠后,番茄的株高、莖粗等形態(tài)特征有所下降。任志雨等[40]發(fā)現(xiàn),100%椰糠栽培甜椒幼苗的生長(zhǎng)效果在所有基質(zhì)中最差,說(shuō)明純椰糠不適宜作為甜椒的栽培基質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn),T6 處理[V(椰糠)∶V(珍珠巖)=4∶1]的盆栽菊花成活率和葉片可溶性糖含量最低,長(zhǎng)勢(shì)最差,推測(cè)可能是由于椰糠的大量使用使得速效鉀等元素含量大幅升高,導(dǎo)致基質(zhì)的EC 值升高,對(duì)盆栽菊花造成了脅迫,致使其不能正常生長(zhǎng),表明了盆栽菊花的栽培過(guò)程中加入一定量的腐葉和椰糠可以促進(jìn)開花,但是椰糠不宜過(guò)多。
植物中的葉綠素含量能反映植物光合作用的強(qiáng)弱以及植物的健康狀況,可溶性蛋白含量能反映植物體內(nèi)總代謝水平,可溶性糖是植物生長(zhǎng)發(fā)育的能量來(lái)源,對(duì)于保證植物成活、維持生長(zhǎng)代謝有著重要作用,且可溶性糖的積累也有利于植物抗逆[31,35,43?44]。本研究中,CK 的總?cè)~綠素含量最高,此外,T1 與T5 處理的總?cè)~綠素含量相比于其他處理較高,說(shuō)明這3 組的植物光合作用較強(qiáng),長(zhǎng)勢(shì)較好,其他各組葉綠素含量較低,可能是因?yàn)榈厥侨~綠素的主要組分[45],但基質(zhì)中氮元素含量較低。T1—T6處理組中植株可溶性蛋白含量較低,可能也與基質(zhì)中氮含量較低有關(guān),由于基質(zhì)中氮含量較低導(dǎo)致植物氮代謝受阻,影響了蛋白質(zhì)的合成[46]。隸屬函數(shù)結(jié)果也表明,T1 配比的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)最優(yōu),栽培效果最好,其次是T5 和T2 處理,雖然綜合評(píng)價(jià)系數(shù)低于CK 但差異不大,也可作理想基質(zhì)。綜上所述,腐葉和椰糠可在一定程度上代替泥炭作為菊花栽培基質(zhì)。同時(shí)腐葉和椰糠的加入顯著降低了基質(zhì)質(zhì)量,極大地方便花卉產(chǎn)品的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。